- Condensador en circuit de sèrie
- Condensador en circuit paral·lel
- Condensador en circuits de corrent altern
Un condensador és un dels components electrònics més utilitzats. Té la capacitat d’emmagatzemar energia al seu interior, en forma de càrrega elèctrica que produeix una tensió estàtica (diferència de potencial) a través de les seves plaques. Simplement, un condensador és similar a una petita bateria recarregable. Un condensador és només una combinació de dues plaques conductores o metàl·liques paral·leles i estan separades elèctricament per una bona capa aïllant (també anomenada dielèctrica) formada per paper encerat, mica, ceràmica, plàstic, etc.
Hi ha moltes aplicacions d’un condensador en electrònica, algunes d’elles es detallen a continuació:
- Emmagatzematge d’energia
- Condicionament elèctric
- Correcció del factor de potència
- Filtració
- Oscil·ladors
Ara, el punt és com funciona un condensador ? Quan connecteu la font d'alimentació al condensador, bloqueja el corrent continu a causa de la capa aïllant i permet que hi hagi un voltatge a través de les plaques en forma de càrrega elèctrica. Per tant, ja sabeu com funciona un condensador i quins són els seus usos o aplicacions, però heu d’aprendre com utilitzar un condensador en circuits electrònics.
Com connectar un condensador en circuit electrònic?
Aquí us demostrarem les connexions d’un condensador i l’efecte que se’n deriva amb exemples.
- Condensador en sèrie
- Condensador en paral·lel
- Condensador en circuit de corrent altern
Condensador en circuit de sèrie
En un circuit, quan connecteu condensadors en sèrie, tal com es mostra a la imatge anterior, la capacitat total disminueix. El corrent a través de condensadors en sèrie és igual (és a dir, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Per tant, la càrrega emmagatzemada pels condensadors també és la mateixa (és a dir, Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), perquè la càrrega emmagatzemada per una placa de qualsevol condensador prové de la placa del condensador adjacent al circuit.
En aplicar la Llei de tensió (KVL) de Kirchhoff al circuit, ho tenim
V T = V C1 + V C2 + V C3… equació (1)
Com sabem, Q = CV Per tant, V = Q / C
On, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Ara, en posar els valors anteriors a l’equació (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Per a n nombre de condensadors en sèrie, l'equació serà
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Per tant, l’equació anterior és l’ equació de condensadors de sèrie.
On, C T = Capacitat total del circuit
C 1… n = Capacitat dels condensadors
A continuació es determina l’equació de capacitat per a dos casos especials:
Cas I: si hi ha dos condensadors en sèrie, amb un valor diferent, la capacitat s'expressarà com:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) O, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… equació (2)
Cas II: si hi ha dos condensadors en sèrie, amb el mateix valor, la capacitat s'expressarà com:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C O, C T = C / 2
Exemple per al circuit de condensadors de la sèrie:
Ara, a l'exemple següent, us mostrarem com calcular la capacitat total i la caiguda de tensió RMS individual a cada condensador.
Segons el diagrama de circuits anterior, hi ha dos condensadors connectats en sèrie amb valors diferents. Per tant, la caiguda de tensió dels condensadors també és desigual. Si connectem dos condensadors amb el mateix valor, la caiguda de tensió també és la mateixa.
Ara, per al valor total de la capacitat utilitzarem la fórmula de l’equació (2)
Per tant, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Aquí, C 1 = 4.7uf i C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Ara, la caiguda de tensió del condensador C 1 és:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103V
Ara, la caiguda de tensió del condensador C 2 és:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Condensador en circuit paral·lel
Quan connecteu condensadors en paral·lel, la capacitat total serà igual a la suma de la capacitat de tots els condensadors. Com que la placa superior de tots els condensadors està connectada entre si i la placa inferior també. Per tant, en tocar-se l’altre també s’incrementa l’àrea efectiva de la placa. Per tant, la capacitat és proporcional a la proporció d'àrea i distància.
En aplicar la Llei actual de Kirchhoff (KCL) al circuit anterior, i T = i 1 + i 2 + i 3
Com sabem, el corrent a través d'un condensador s'expressa com;
i = C (dV / dt) Per tant, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) I, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… equació (3)
A partir de l’equació (3), l’equació de capacitat paral·lela és:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Per a n nombre de condensadors connectats en paral·lel, l'equació anterior s'expressa com:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Exemple de circuit de condensador paral·lel
Al diagrama de circuits següent, hi ha tres condensadors connectats en paral·lel. Com que aquests condensadors es connecten en paral·lel, la capacitat equivalent o total serà igual a la suma de la capacitat individual.
C T = C 1 + C 2 + C 3 On, C 1 = 4,7uf; C 2 = 1uf i C 3 = 0.1uf Per tant, C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
Condensador en circuits de corrent altern
Quan un condensador està connectat a una font de corrent continu, el condensador comença a carregar-se lentament. I, quan la tensió de càrrega d’un condensador és igual a la tensió d’alimentació, es diu que està completament carregada. Aquí, en aquesta condició, el condensador funciona com a font d'energia sempre que s'apliqui tensió. A més, els condensadors no permeten que el corrent hi passi després que es carregui completament.
Sempre que es subministra tensió de corrent altern al condensador tal com es mostra al circuit purament capacitiu anterior. A continuació, el condensador es carrega i es descarrega contínuament a cada nou nivell de tensió (càrregues en nivell de tensió positiu i descàrrega en nivell de tensió negatiu). La capacitat del condensador en circuits de CA depèn de la freqüència de tensió d'entrada subministrada al circuit. El corrent és directament proporcional a la velocitat de canvi de tensió aplicada al circuit.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Diagrama de fases del condensador en circuit de corrent altern
Com veieu el diagrama fasorial del condensador de CA a la imatge següent, el corrent i el voltatge es representen en ona sinusoïdal. En observar, a 0⁰ el corrent de càrrega es troba en el seu valor màxim perquè el voltatge augmenta en direcció positiva constantment.
Ara, a 90⁰ no hi ha flux de corrent a través del condensador perquè la tensió d’alimentació arriba al valor màxim. A 180⁰, la tensió comença a disminuir lentament fins a zero i el corrent arriba al valor màxim en direcció negativa. I, de nou, la càrrega arriba al seu valor màxim a 360⁰, ja que la tensió d’alimentació és del seu valor mínim.
Per tant, a partir de la forma d’ona anterior podem observar que el corrent lidera la tensió 90⁰. Per tant, podem dir que la tensió de corrent altern retarda el corrent en 90⁰ en un circuit de condensador ideal.
Reactància del condensador (Xc) al circuit de corrent altern
Penseu en el diagrama de circuits anterior, ja que sabem que la tensió d’entrada de CA s’expressa com, V = V m Sin wt
I, la càrrega del condensador Q = CV, Per tant, Q = CV m Sin wt
I, corrent a través d’un condensador, i = dQ / dt
Tan, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 per tant, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Com sabem, w = 2πf
Tan, Reactància capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Exemple de reactància capacitiva en circuit de corrent altern
diagrama
Considerem el valor de C = 2.2uf i la tensió d’alimentació V = 230V, 50Hz
Ara, la reactància capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Aquí, C = 2.2uf, i f = 50Hz Així, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 ohm